桩承式挡墙路堤数值模拟与设计研究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1 研究背景

城市道路对于国民经济发展和城镇化建设起到了重要的拉动作用。随着我国社会以及经济的迅速发展、城市道路流量的增大以及建设单位对道路设计的要求的提高,显现出我国城市道路发展存在着多方面的问题,主要体现在道路容量不足,目前我国城市的人均道路面积不及发达国家的1/3。在城市道路框架基本建成的情况下,城市道路拓宽工程将成为今后一段时间内城市道路建设的主要内容。

我国沿海与沿江发达地区,地势低平,河湖较多,平原、水面占比高。华东、华南与华中等省的道路大多为路堤形式,由于线路的要求不可避免的穿越软土、膨胀土、冲填土等不良地质路段。道路拓宽工程对路堤变形与沉降的控制要求更为严格,新老路堤衔接与差异沉降控制是路堤拓宽工程中的关键问题[1]。为了解决此问题,国内于1999年首次引入桩承式路堤(Piled Embankments)并应用于沪杭甬高速道路一期拓宽工程中[2]。主要做法是在老路两侧或一侧采用桩承式路堤技术进行拼接,为了降低工程造价,在桩顶布置一层或多层土工合成材料加筋垫层,通过加筋垫层将路堤荷载传递到桩上,可大幅增加桩间距,减少桩体数目。这种采用了土工合成材料加筋垫层的路堤也称为桩承式加筋(GRPS)路堤[3],也是目前主流的桩承式路堤结构,新建桩承式路堤与拓宽工程中的桩承式路堤主要组件见图1。该技术在上世纪的八十年代的国外工程中便开始出现,特别适宜快速施工或对沉降有严格要求的工程项目[4]。如荷兰的部分高速道路[5]、巴西圣保罗北部的道路拓宽工程[6]、英国伦敦Stansted 机场的铁路连接线加宽工程[7]等。


图1 桩承式路堤技术在新建工程与拓宽工程中的应用

1.2 国内外研究现状

桩承式路堤既有水平向增强体(加筋垫层),又有竖向增强体(群桩),桩体承担了大部分荷载从而控制了新路堤的沉降,加筋垫层对土体的侧向限制作用和桩体的“隔离作用”降低了新路堤加载对老路堤的附加应力影响,从两方面有效控制了差异沉降的产生。另外,土工加筋的作用限制了路堤边坡的侧向滑移,提高了路堤完整性。同时,桩承式路堤技术可以大大提高建设进度,降低对老路通行的影响,提高经济效益和社会效益[8~12]。因此,桩承式路堤已成为路堤拓宽工程中最为可靠的技术。然而,随着城市经济的高度发展,土地征用难度越来越大,征用费用逐年提高。为了节约土地资源,减少资源浪费,同时获得更好的拓宽加固效果,亟需对现有的拓宽工程加固技术进行改进。

对于桩承式路堤,竖向荷载传递是研究的重点,其主要依靠两种机制,即沉降差异导致的应力迁移现象“土拱效应”[13],以及土工格栅在竖向发挥表现为“兜提作用”的张拉膜效应[14]。目前已有多种考虑土拱效应与张拉膜效应的桩承式路堤竖向荷载计算模型,这些模型可以分为三类。第一类模型可称之为等沉面模型,该模型英国规范BS8006-1[15]为代表,该设计方法结合了等沉面模型与Marston和Anderson[16]的地埋管试验成果;第二类模型可称之为刚体模型,以法国设计指南(ASIRI)[17]采用的 “锥体扩散法”以及北欧[18]采用的桩承式路堤计算方法为代表;第三类模型可称之为压拱理论模型,该模型由Hewlett和Randolph[19]提出,德国规范EBGEO[20]采用的多拱模型和荷兰规范CUR226[21]中采用的同心圆模型都是该理论模型的代表。

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